变电站6kV系统铁磁谐振分析

2016-07-12张春华

大科技 2016年13期

关键词：总厂中原油田铁磁

张春华

（中原油田石化总厂 457000）

变电站6kV系统铁磁谐振分析

张春华

（中原油田石化总厂 457000）

中原油田石化总厂变电站在运行过程中经常发生铁磁谐振，往往会造成严重后果，轻则引起PT保险熔断，重则发生PT烧毁、绝缘闪络、避雷器爆炸等事故。我们通过测试中原油田石化总厂变电站6kV系统的电容电流及电压互感器伏安特性，计算其基频容抗与感抗的比值，阻抗比落在1/2分频谐振区域，分析出电压互感器高压保险熔断的原因为系统发生了铁磁谐振，提出了消弧线圈投入运行及更换不易饱和电压互感器等改进措施。达到了变电站PT平稳运行的结果，确保了全厂供电的安全性和可靠性。

6kV系统；铁磁谐振；分析

前言

电力系统中经常发生铁磁谐振过电压，谐振是一种稳态现象，电网中的电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压而且谐振过电压还可能在过渡过程结束以后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作、谐振条件受到破坏为止。谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果，轻则引起PT保险熔断，重则发生PT烧毁、绝缘闪络、避雷器爆炸等事故。中原油田石化总厂变电站的运行经验表明，谐振过电压可以在各种电压等级的网络中产生，尤其是在35kV及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为中原油田石化总厂变电站急需解决的问题。

1 铁磁谐振产生的原因

（1）在中性点不接地系统中，为了监视三相对地电压，变电站母线上常接有Y0接线的电磁式电压互感器。于是网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C0外，还有电压互感器的励磁电感L。常运行时，电压互感器的励磁阻抗是很大的，所以网络对地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，电网中性点0的位移电压甚小。但当系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，电网中性点就有较高的位移电压，可能激发起谐振过电压。

（2）常见的使电压互感器产生严重饱和的情况有：电压互感器的突然合闸，使其某一相或两相绕组内产生巨大的涌流；由于雷击或其他原因，线路瞬间单相弧光接地，使健全相电压突然升高至线电压，而故障相在接地消失时又可能有电压的突然上升，这些暂态过程中也会有很大的涌流；传递过电压，如高压绕组侧发生单相接地或不同期合闸，低压侧有传递过电压使电压互感器铁芯饱和等等。

2 中原油田石化总厂变电站铁磁谐振故障及分析

中原油田石化总厂变电所主要担负着石化总厂厂炼化生产的供电任务，年供电量近7万kW·h。该站共有2条35kV进线，为双母线进线方式，站内两台主变压器容量均为12500kVA，35kV断路器共有5组，6kV高压开关柜30面，电缆出线30条。

（1）该站接有母线对地电容器和消谐器，但还是经常发生铁磁谐振现象，每年更换150余只PT保险。仅2013年4月17日至5月8日的21天时间里，该站就先后出现一个晚上更换30余只PT保险的情况，共造成52只熔断器熔断、6只6kV PT过热烧坏故障，消谐器多次报1/2、1/3分频谐振信号。

（2）电压互感器伏安特性测试。2010年5月20日测试了该变电站6kV系统PT伏安特性，具体情况如下。由U1=U2×K，I1=I2/K（PT变比K=60），将二次电压、电流折算至高压侧，可得PT感抗。两段6只PT并联后感抗约为：XL总＝15.2316kΩ。

（3）分析PT伏安特性曲线可知：在额定电压时（57.7V），变电站6kV系统Ⅰ、Ⅱ段PT运行在伏安特性曲线的线性段；大于额定电压后（57.7～70V），PT工作在伏安特性曲线的膝部，当系统单相接地时，其非接地相的相电压升高，此时PT即进入饱和状态，使互感器进入饱和区工作，电流剧增，从而造成互感器一次保险熔断。

（4）零序容抗与感抗的比值为：XC0/XL=728Ω/15.2316kΩ=0.0478

根据肖特（H.S.Shott）和彼德生（H.A.Peterson）对典型互感器励磁特性研究可知：当XC/XL=0.01～0.08时，阻抗比刚好落在1/2分频谐振区域，电压互感器回路可能会发生1/2分频谐振。由此可见，导致石化总厂变电站6kV PT高压保险频繁熔断、PT过热烧坏的原因为：电网单相接地时，引起弧光过电压使电压互感器铁芯饱和，1/2分频时6kV系统电压互感器与线路对地电容回路发生了铁磁谐振。

3 变电站铁磁谐振过电压的防治与消除措施

防止和消除6～35kV电网铁磁谐振的措施一般可归纳为两大类：①改变参数，破坏产生谐振的条件；②接入阻尼电阻，增大回路的阻尼效应。电压互感器引起铁磁谐振的区域是阻抗比XC0/XL的函数，为了躲开谐振区域，可以改变XC0或XL，常用方法如下：

（1）改变参数躲开谐振区

改变XC0。XL不变时，减小或增大XC0，都可以达到改变XC0/XL的目的。如在变电站的母线上增加出线数，或在母线上加装集中电容器。

（2）改变 XL。当 XC0不变时，增大 XL，使 XC0/XL＜0.01，避免谐振的发生。增大XL的方法有：选用励磁特性好的电压互感器，使其工作点在伏安特性的线性部分。减少电压互感器的并联台数或高压侧一次中性点的接地台数。投入消弧线圈，帮助瞬间接地电弧的熄灭，从而有效防止单相弧光接地引起的过电压，避免电压互感器铁芯饱和。在装设消弧线圈后，铁磁谐振显著减少，运行效果较好。

（3）增大回路的阻尼效应。在电压互感器二次绕组开口三角端子接入阻尼电阻。电压互感器二次侧开口三角处绕组两端没有电压。或只有极小的不对称电压。当电网发生故障时，由于此电阻阻值较小，故绕组两端近似短接，起到了改变电压互感器参数的作用。这一措施能防止电压互感器发生磁饱和，还可以有效地消耗谐振的能量，从而达到避免谐振过电压。

（4）在互感器高压绕组中性点串接电阻。电压互感器一次侧中性点与对地之间接入阻尼电阻。阻尼电阻是根据电阻在电路中的作用命名，是防止回路等幅震荡，在线路中串联电阻来消耗一部分能引起震荡的能量。低压下它呈现高电阻值，通过电阻限流作用，会对谐振初期有抑制，单相接地时，阻尼电阻上呈现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作，也同时起到吸收谐振的作用。